創(chuàng)新點：廈門大學董俊教授課題組激光與應用光子學實驗室通過控制a-切割YVO 4 晶體的晶向以及入射泵浦功率的大小，在Nd:YAG/Cr 4+ :YAG/YVO 4 被動調(diào)Q拉曼微片激光器中獲得了1166 nm和1176 nm功率強度比例及偏振橢圓度可調(diào)控的高峰值功率雙波長拉曼激光輸出。

圖1. 被動調(diào)Q拉曼微片激光器中YVO 4 晶體不同旋轉(zhuǎn)角度ϕ所對應的光譜圖：(a) ϕ = 0°，1166 nm拉曼光振蕩；(b) ϕ = 30°，(c) ϕ = 45°，(d) ϕ = 60°，1166 nm和1176 nm雙波長拉曼光同時振蕩；€ ϕ = 90°，1176 nm拉曼光振蕩。基頻光在所有情況下均有振蕩。

圖2. 當入射泵浦功率為5 W時，被動調(diào)Q拉曼微片激光器產(chǎn)生的1166 nm和1176 nm拉曼光強度占比與角度ϕ的關(guān)系。藍線和紅線分別對應1166 nm和1176 nm拉曼激光強度占比隨ϕ變化的擬合曲線。

圖3. 在不同入射泵浦功率（a：Pin= 2.5 W，c：Pin= 5 W）下，三種典型a-切割YVO 4 晶體旋轉(zhuǎn)角度所產(chǎn)生的拉曼激光經(jīng)過線偏振片后的歸一化透射功率強度，實線為擬合曲線；b，d分別對應a和c，重建了a-切割YVO 4 晶體在不同旋轉(zhuǎn)角度下的橢圓偏振拉曼激光的偏振軌跡。

圖4. 在兩種Pin情況下，橢圓偏振拉曼激光偏振度隨角度ϕ的變化。兩條實線為使用正弦平方函數(shù)對實驗數(shù)據(jù)進行的擬合得到的擬合曲線。

圖5. 當入射泵浦功率為5 W時，a：拉曼激光脈沖序列；b：拉曼激光脈沖與殘余基頻光脈沖波形。

橢圓偏振的雙波長激光在材料科學、光學檢測、光學分析、太赫茲波的產(chǎn)生等領(lǐng)域具有潛在的應用前景。特別是具有小頻率間隔的高峰值功率雙波長激光是產(chǎn)生太赫茲波的理想光源。靈活操控橢圓偏振激光的橢圓度及方位角，在分子捕獲、生物醫(yī)學等領(lǐng)域也有著廣泛應用。然而，現(xiàn)有的拉曼激光器對于輸出雙波長拉曼光的強度占比以及偏振態(tài)的控制方面難以實現(xiàn)靈活操控和轉(zhuǎn)換。因此，研制一種能夠產(chǎn)生高峰值功率的雙波長激光輸出，并且能靈活控制輸出激光的橢圓偏振態(tài)以及兩個波長之間的功率強度比例的激光器，是實現(xiàn)有效的太赫茲波產(chǎn)生、高精度光學檢測及微粒操控的一大需求。

廈門大學董俊教授課題組激光與應用光子學實驗室針對這一問題，通過調(diào)節(jié)a-切割YVO 4 晶體取向和泵浦光功率，在被動調(diào)Q拉曼微片激光器中實現(xiàn)了對雙波長拉曼激光的強度占比、橢圓偏振態(tài)的靈活調(diào)控。利用808 nm激光二極管泵浦Nd:YAG/Cr 4+ :YAG/YVO 4 被動調(diào)Q拉曼微片激光器，通過旋轉(zhuǎn)a-切割YVO 4 晶體，研究了雙波長拉曼激光強度占比和橢圓偏振與a-切割YVO 4 晶體取向的關(guān)系，獲得了高峰值功率、功率強度比例及偏振橢圓度可調(diào)控的雙波長拉曼激光輸出。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在 Advanced Quantum Technologies 上。

研究人員通過搭建Nd:YAG/Cr 4+ :YAG/YVO 4 被動調(diào)Q拉曼微片激光器，利用YVO 4 晶體的兩個拉曼頻移（816 cm -1 和890 cm -1 ）實現(xiàn)了1166 nm和1176 nm的雙波長拉曼激光輸出（圖1）。通過改變腔內(nèi)橢圓偏振基頻光的長軸方向與a-切割YVO 4 晶體的a-軸之間的角度，可以靈活調(diào)節(jié)1166 nm及1176 nm拉曼光的功率強度占比，可以將1166 nm拉曼光的強度在總拉曼光的強度中的占比從1調(diào)整至0，相應地也可以將1176 nm拉曼光的強度在總拉曼光的強度中的占比從0調(diào)整至1（圖2）。橢圓偏振雙波長拉曼激光的橢圓度及方位角也可以通過改變?nèi)肷浔闷止β室约癮-切割YVO 4 晶體取向來靈活調(diào)節(jié)（圖3）。通過調(diào)節(jié)入射泵浦光功率的大小以及a-切割YVO 4 晶體的旋轉(zhuǎn)角度，可以實現(xiàn)橢圓度的變化范圍為0.3至0.91（圖4）。當入射泵浦功率達到5 W時，獲得拉曼激光的最大平均輸出功率為138 mW，此時，激光脈沖的峰值功率為6.4 kW、脈寬為1.5 ns、拉曼脈沖重復頻率為14.3 kHz（圖5）。研究結(jié)果表明，通過調(diào)控a-切割YVO 4 晶體的取向以及入射泵浦光功率可以在Nd:YAG/Cr 4+ :YAG/YVO 4 被動調(diào)Q拉曼微片激光器中獲得功率強度占比及橢圓偏振態(tài)可控的高峰值功率雙波長拉曼激光輸出。本論文的研究成果為研制小型化被動調(diào)Q拉曼微片激光器產(chǎn)生功率強度占比及橢圓偏振度可控的高峰值功率雙波長拉曼激光輸出提供了一種簡潔和靈活的方法。

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